刘延波 ，罗 鑫 ，郝 铭 ，刘 垚

（1.天津工业大学 纺织科学与工程学院，天津 300387；2.武汉纺织大学 纺织科学与工程学院，武汉 430200；3.武汉纺织大学 化学与化工学院，武汉 430200）

静电纺丝技术是一种简单而有效的制备聚合物纳米纤维的方法[1]，常规的静电纺丝装置被分为针头式与无针头式两种[2-6]。对于常用的针头式静电纺丝，即使人们可以通过改变针头形态而制备多组分纳米纤维[7]，但依然难以解决生产效率低、针头易堵、难以清理以及边缘效应（edge effect）问题[8-9]。基于液体自由表面重组原理[10]，人们逐渐开发出了各种不同类型的无针头静电纺丝装置来解决产量问题。例如捷克Elmarco 公司[11]开发出转辊式无针头静电纺丝头（纳米蜘蛛一代）；迪肯大学发明了螺旋线圈式无针头静电纺丝头[12]；捷克Elmarco 公司又开发了金属线型纺丝头（纳米蜘蛛二代）；上海云同纳米科技有限公司发明了螺旋叶片式无针头静电纺丝头等[13]。然而，无针头静电纺丝[14-16]设备同样存在难以克服的问题，例如所需电压较高导致空气击穿带来的着火和爆炸危险，开放式供液引起的溶剂快速挥发，纺丝液浓度逐渐增大，以及溶剂挥发以后，残留聚合物沉积在纺丝头表面引起纺丝头曲率半径逐渐增大、电场强度逐渐减小带来的纺丝质量前后不一致等问题。同时，无针头静电纺丝过程中同样存在边缘效应现象[17]，影响静电纺丝进一步的规模化[18]。

本文以迪肯大学发明的螺旋线圈式的无针头静电纺丝头为例，利用COMSOL Multiphysics 5.4 有……